读贾贵儒教授的博文《对物理教材的几点思考》有感

读了中国农业大学贾贵儒教授的博文《对物理教材的几点思考》,深有同感。现在的教材还停留在30年、40年前的模式,没有与时俱进。教材的目标还是解题,与中学的思想相同。这可从教材的例题、习题看出来。

教材科普化和现代化是费曼最早主张的,费曼的《物理学讲义》与一般的教材不一样,目标就是教材科普化和现代化。

物理课应该讲什么,众说纷纭。如果重点是科学思想,则60学时、30学时都没问题。现在很多农业院校的物理课,不讲相对论,不讲量子力学,很难传授出现代的物理学思想。即使经典物理学,也只是讲授知识,思想很少。所以,很难说我们今天对这个世界的理解比牛顿深刻。原因还在于教学目标,教学目标就是解题,就是考试,与中学无异。关键是,刚入学的大学生习惯了中学的方法,并不欢迎改变。

清华大学吴国盛教授的《科学革命》课不考试,于是学生就怀疑,是否真的学到了东西。只有郑重其事地考试,并且获得高分,才是真正学到了知识?

俞敏洪说中学老师不读书,只研究解题方法。结果影响了下一代,大学生也不读书,只想着考高分,绩点大一些,便于推荐研究生和出国。

教材的另一个大问题是数学太多。这也是为什么要科普化的原因。

物理学习,我们的目标是理解物理而不是数学,数学只是工具,帮助我们理解物理。每年学习大学物理时都有很多同学提出很多问题,但这些问题大多是数学推导,鲜有物理内容。

物理课为什么会本末倒置,成了数学课?原因1:教材的问题,物理书写成了数学书。原因2:我们只是忙着做题,没想着要理解物理,这是学习方法的问题。既然做题成了教和学的主要目标,会不会做题成了教和学的成果展示目标,题目远离生产工程实际,变成脑筋急转弯,便可以理解了。

其实数学只是工具,如此而已,没必要拔高其重要意义。

我们在野外野餐,没有筷子,怎么办?可以削两根树枝代之。树枝相之于吃饭就是工具。我们要描述物理,也需要工具,这就是数学。比如,力,这个物理量需要一个符号代替之,用矢量是最合适的,因为力有大小和方向,矢量亦然,所以矢量是合适的工具。

工具会用即可,没必要深究。特别是在初入门时。就好比学汽车,刚开车时没必要深究其原理。数学也这样,比如积分,会查积分表即可,没必要从头来过。

我们首先要想的,是物理。数学的引入是为了方便,方便描述物理。比如,用符号代替物理量最明显的好处是方便。这样,我们的方程才足够简捷。符号不是随便取的,是采用物理量英文单词的首字符,还是为了方便,一下子知道其含义。所以学习英语很重要,因为近代科学产生于西方,必须用西方的语言描述之。

引入符号后,我们对世界的描写分成了两部分:物理+物理规律;符号+符号方程。

物理学其实很简单,就是针对某个问题,首先定义一大堆概念去描述它(每个概念用一个符号),然后找出最重要的概念(状态变量,state),最后找出状态量之间的规律(方程)。所谓解题,是利用前面发现的规律去解决实际问题。

教材除了要去数学化,还应从问题出发。比如,热机效率问题可从汽车出发。

柴油车和汽油车的差别:动力,动力的衡量标准:能量转化,效率。

各种热机的效率:液体燃料火箭48%;柴油机37%;汽油机25%;蒸汽机8%。

这就可以理解为什么汽油车一般是小汽车,7座以下,大客车全部是柴油机。效率决定动力。效率如何定义?与过程有关。热机循环工作,所以热力学过程是循环过程。效率如何计算呢?具体到理想气体的等压、等容、等温、绝热过程。任意热力学过程都由这四个过程构成。

从问题出发的大学物理学是不是更亲民些?

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